锥柱减速器设计说明书

机械设计课程设计说明书机械·机制0510班陆晴云012005008834PAGE1机械设计课程设计说明书机械学院机制0510班陆晴云012005008834指导老师：姜柳林张江涛2008年6月目录Ⅰ、设计任务书…………（3）Ⅱ、机械传动装置的总体方案设计……………………（3）一、总体传动方案设计………………（3）二、选择电动机………………………（4）三、计算总传动比和分配传动比……………………（6）四、传动系统的运动和动力参数的计算……………（6）Ⅲ、传动零件的设计计算和轴承零部件的初步选择………………（8）一、开式齿轮传动的设计计算……………………（8）二、减速器内部齿轮传动零件的设计计算……（10）（一）、高速级圆锥齿轮的设计计算………（10）（二）、低速级圆柱齿轮的设计计算………（14）三、初算轴的直径………………（18）四、选择联轴器…………………（19）五、选择滚动轴承………………（20）Ⅳ、轴的结构设计……………………（21）一、轴的强度校核………………（21）二、轴承的寿命计算……………（23）三、键的强度校核………………（24）四、轴承盖干涉分析……………（24）Ⅴ、减速器的结构与润滑……………（25）一、箱体…………（25）一、附件…………（26）一、润滑…………（26）Ⅵ、设计小结…………（27）参考资料………………（28）Ⅰ、设计任务书设计题目：设计带式运输机传动装置中的圆锥-圆柱齿轮减速器（外传动件为开式齿轮）设计数据及工作条件：输送带有效拉力F=10000牛；输送带工作速度V=0.55米/输送带滚筒直径D=360毫米传动比允许误差（2%—4%）；生产规模：小批量；工作环境：稍有灰尘；载荷特性：较平稳；工作期限：5年2班制。设计注意事项：设计由减速器或其他机械传动装配图1张，零件图2张，及设计计算说明书1份组成。设计中所有标准均按我国标准采用，设计说明书应按规定纸张及格式编写。设计图纸及设计说明书必须按进度完成，径指导老师审查认可后，才能给予评分或答辩。设计期限：自2008年6月9日至2008年7月4日。Ⅱ、机械传动装置的总体方案设计一、总体传动方案设计：带式输送机传动系方案如下图所示。带式输送机由电动机驱动。电动机1通过连轴器2将动力传入减速器3,再经连轴器及开式齿轮将动力传至输送机滚筒4,带动输送带5工作。传动系统的减速器由两级圆锥-圆柱齿轮构成。圆锥齿轮置于高速级，可以减小圆锥齿轮尺寸、便于加工。这种减速器结构复杂，制造成本较高。但机器总体布局的横向尺寸小，比较紧凑。二、选择电动机（1）电动机的功率由已知条件可以计算出工作机所需的有效功率：设：联轴器效率闭式圆锥齿轮传动效率闭式圆柱齿轮传动效率开式圆柱齿轮传动效率一对滚动轴承的效率输送机滚筒效率估算传动系统总效率：式中：是输送机滚筒轴至输送带间的传动效率总效率工作机所需电动机功率估算额定功率（2）电动机转速的选择输送机滚筒轴的工作转速考虑到整个传动系统为圆锥圆柱齿轮减速，传动比不宜过大，以减小锥齿轮的尺寸，利于加工。选同步转速的电动机为宜。（3）电动机型号的选择根据工作环境、载荷特性、工作时间等工作条件，以及工作机所需功率及电动机的同步转速等，选用Y系列三相异步电动机（即全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机），型号为Y160M－6，其主要性能数据如下：电动机的额定功率电动机满载转速电动机中心高H=电动机轴外伸轴径D＝电动机轴外伸长度E＝110mm三、计算总传动比和分配传动比传动系统的总传动比；由传动系统方案知，；取开式圆柱齿轮传动的传动比；由计算可得圆锥-圆柱齿轮减速器的传动比；为了便于大锥齿轮加工，高速级锥齿轮传动比取，低速级圆柱齿轮传动比；即传动系统各传动比分别为：四、传动系统的运动和动力参数的计算将各轴从高速级到低速级依次编号为0轴（电动机轴）、Ⅰ轴（圆锥齿轮副高速轴）、Ⅱ轴（圆锥齿轮副低速轴）、Ⅲ轴（圆柱齿轮副低速轴）、Ⅳ轴（开式圆柱齿轮副高速轴）、Ⅴ轴（开式圆柱齿轮副低速轴）。传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下：0轴（电动机轴）：Ⅰ轴（圆锥齿轮副高速轴）：Ⅱ轴（圆锥齿轮副低速轴）：Ⅲ轴（圆柱齿轮副低速轴）：Ⅳ轴（开式圆柱齿轮副高速轴）：Ⅴ轴（开式圆柱齿轮副低速轴）：将计算结果列于表1中：表1各轴的运动及动力参数轴号转速n/(r/min)功率P/kw转矩T(N/m)传动比i09707.0269.114Ⅰ9706.9568.4251Ⅱ466.7956.536133.7182.078Ⅲ116.7286.277513.5473.999Ⅳ116.7286.152503.3281Ⅴ29.1825.7861893.6364Ⅲ、传动零件的设计计算和轴承零部件的初步选择一、开式齿轮传动的设计计算(1)选择齿轮材料、热处理方式开式齿轮的主要失效形式是轮齿折断和齿面磨损，按弯曲疲劳强度条件设计计算，并选用硬度大的材料与热处理方式。大小齿轮材料均选用45号钢表面淬火，齿面硬度40~50HRC。再将求出的模数加大10％--15%后取标准值。(2)确定许用应力a、确定极限应力查书图3-17得，，。b、计算应力循环次数、确定寿命系数查书图3-19得，c、计算许用应力由书表3-4取，从而取，则（3）初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸a、初步估计齿轮圆周速度，根据齿轮传动的工作条件，选用直齿圆柱齿轮传动；由书表3-5初选8级精度。初选参数：，由书表3-6取。b、初步计算齿轮的主要尺寸因电动机驱动，载荷较平稳，齿轮速度不高，非对称布置轴的刚性较小，取,则。取。由书图3－14和3-15查得：。因取小齿轮参数代入设计式：将加大10%--15%后取标准模数＝4mm则中心距：分度圆直径：齿轮圆周速度：满足初估齿轮圆周速度齿宽：，～。齿顶圆直径：，齿根圆直径：（）将主要计算结果列于表2中：分度圆直径d/mm齿宽b/mm齿数z模数m/mm中心距a/mm小齿轮10056254250大齿轮40050100二、减速器内部齿轮传动零件的设计计算（一）、高速级圆锥齿轮的设计计算(1)选择齿轮材料、热处理方式根据圆锥齿轮的传动条件，选择软齿面齿轮传动。小齿轮采用45号钢调质处理，有齿面硬度229~286HBS。大齿轮采用45号钢正火处理，有齿面硬度169~217HBS。小齿轮按230HBS，大齿轮按170HBS。先按接触疲劳强度条件设计，再按弯曲疲劳强度条件校核。（2）确定许用应力a、确定极限应力和查书图3-16有，，,；查书图3-17有，,。b、计算应力循环次数、确定寿命系数、；。查书图3-18有，；查书图3-19有，。c、计算许用应力查书表3-4有安全系数，（3）初步确定锥齿轮的基本参数和主要尺寸a、初步估计圆周速度，根据锥齿轮传动的工作条件，选用直齿圆锥齿轮传动，初选8级精度。初选参数：b、按齿面接触疲劳强度条件设计按锥齿轮的传动特点，取则，查书图3-11有，；查书表3-2有，；则，大端分度圆直径：则，分度圆锥角：，当量齿数：，当量齿数比大端模数：，取标准值4.5mm锥距：故有分度圆直径：，齿宽：，圆整后取42mm齿宽中点处：直径：，模数：圆周速度：，故大小锥齿轮改选7级精度。（4）按轮齿弯曲疲劳强度校核按当量齿数查书图3-14有，查书图3-15有，则，故方案可行。大端齿顶圆直径：，大端齿根圆直径：，（）选择等顶隙传动，有：齿根角顶锥角，根锥角，轮毂外径=48mm，轮毂宽度=55.4mm；=52mm。将主要计算结果列于表3中：大端直径d/mm齿数z齿宽b/mm锥距R/mm分度圆锥角δ大端模数m/mm小齿轮1172642134.85025°41′52″4.5大齿轮2435464°18′8″如下图所示为锥齿轮结构示意图：（二）、低速级圆柱齿轮的设计计算(1)选择齿轮材料、热处理方式小齿轮采用45号钢调质处理，有齿面硬度229~286HBS。大齿轮采用45号钢正火处理，有齿面硬度169~217HBS。小齿轮按260HBS，大齿轮按210HBS。先按接触疲劳强度条件设计，再按弯曲疲劳强度条件校核。(2)确定许用应力a、确定极限应力和查书图3-16有，，；查书图3-17有，，。b、计算应力循环次数、确定寿命系数、查书图3-18有，；查书图3-19有，。c、计算许用应力查书表3-4有，，，则，（3）初步确定锥齿轮的基本参数和主要尺寸a、初步估计齿轮圆周速度，根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮传动；由书表3-5初选8级精度。初选参数：。b、按齿面接触疲劳强度条件设计因电动机驱动，载荷较平稳，齿轮速度不高，非对称布置轴的刚性较小，取,则。查书图3-11有，；查书表3-2有，；取；。则小齿轮分度圆直径： 取标准模数则中心距：圆整后取：修改螺旋角：分度圆直径：齿轮圆周速度：满足初估齿轮圆周速度齿宽：，圆整后取；～。齿高：（4）按轮齿弯曲疲劳强度条件校核计算当量齿数：查书图3-14有，查书图3-15有，,取计算弯曲应力:故方案可行。齿顶圆直径：齿根圆直径：小齿轮采用齿轮轴式，大齿轮轮毂直径d=58mm。将主要计算结果列于表4中：表4减速器内部圆柱齿轮传动设计分度圆直径d/mm齿宽b/mm齿数z模数m/mm中心距a/mm螺旋角β小齿轮6464252.516012°25′45″大齿轮25658100如下图所示为圆柱齿轮结构示意图：三、初算轴的直径轴的材料选择45号钢。Ⅰ轴（减速器高速轴）：根据受载情况取C=118，则，圆整后取26mm；Ⅱ轴（减速器中间轴）：根据受载情况取C=113，则，圆整后取30mm；Ⅲ轴（减速器低速轴）：根据受载情况取C=107，则，圆整后取45mm；Ⅳ轴（开式齿轮传动的高速轴）：根据受载情况取C=107，则，圆整后取45mm。Ⅴ轴（开式齿轮传动的低速轴）：根据受载情况取C=106，则，圆整后取68mm。四、选择联轴器（1）对于电动机外伸轴与减速器输入轴的联接有电动机的功率，电动机轴转速名义转矩查书表9-2有工作情况系数，则，。由于轴的转速较高，为减小启动载荷，缓和冲击并能吸振缓冲，选择具有较小转动惯量和具有弹性的弹性柱销联轴器。由于轴径，电动机轴外伸长度E=110mm，选择HL3型弹性柱销联轴器。其技术参数有：公称转矩，许用转速，轴孔直径范围30mm~48mm。满足要求。将轴Ⅰ最小直径修改为30mm。因为无特殊要求，选择Y型轴孔（长圆柱形轴孔），A型键槽（平键单键槽）。有联轴器标记：HL3联轴器（2）对于减速器输出轴与开式齿轮高速轴的联接有减速器低速轴功率，转速名义转矩，查书表9-2有工作情况系数，则，。由于轴的转速较低，传递转矩较大，也可以选择与上述相同的弹性柱销联轴器。由于轴径，选择HL4型弹性柱销联轴器。其技术参数有：公称转矩，许用转速，轴孔直径范围40mm~63mm。满足要求。因为无特殊要求，选择Y型轴孔（长圆柱形轴孔），A型键槽（平键单键槽）。有联轴器标记：HL4联轴器五、选择滚动轴承Ⅰ轴（减速器高速轴）：有最小直径，选择内径为35mm的轴承，且同时受轴向力和径向力作用。初选7207C型号的角接触球轴承。Ⅱ轴（减速器中间轴）：有最小直径，选择内径为35mm的轴承，且同时受轴向力和径向力作用。初选7207C型号的角接触球轴承。Ⅲ轴（减速器低速轴）：有最小直径，用于外伸轴连接联轴器。选择内径为50mm的轴承，且同时受轴向力和径向力作用。初选7210C型号的角接触球Ⅳ轴（开式齿轮传动的高速轴）：有最小直径，选择内径为50mm的轴承，且同时受轴向力和径向力作用。初选7210C型号的角接触球轴承。Ⅴ轴（开式齿轮传动的低速轴）：有最小直径，选择内径为75mm的轴承，且同时受轴向力和径向力作用。初选7215C如下图所示为角接触球轴承的结构示意图：Ⅳ、轴的结构设计一、轴的强度校核轴用45号钢调质处理，有输入转矩：圆周力：径向力：轴向力:画图并计算作用于轴上的支反力如图为低速轴的结构简图及受力简图：计算后有：（1图为垂直面受力图，2图为水平面受力图，3图为垂直面弯矩图，4图为水平面弯矩图，5图为转矩图，6图为当量弯矩图。）（3）校核轴的强度取截面C与截面D为危险截面。取a＝0.6，则：有截面C处的最大当量弯矩为，直径为58mm。有截面D处的最大当量弯矩为，直径为49.4mm。考虑键槽的影响，查书附表6-8计算，（b=16mm,t=6mm）,;则：故轴的强度安全。二、轴承的寿命计算选择7210C型角接触球轴承。有Cr=42800N,Cor=32000N。载荷较平稳，取Fr1=2865.126N,Fr2=1540.625N，FA=884.243N。如图所示轴向力示意图：（1）计算派生轴向力，（2）计算轴承轴向载荷故轴承2被压紧，轴承1被放松。则（3）计算当量动载荷轴承1：轴承2：（4）轴承寿命计算由于P2>P1，按P2计算轴承寿命。49.7年>5年故所选轴承合格。三、键的强度校核（1）联轴器外伸轴选择C型普通平键。有技术参数：有：故该段轴所选键的强度合格。（2）联接齿轮处轴段选择A型普通平键。有技术参数：有：故该段轴所选键的强度合格。四、轴承盖干涉分析根据所选轴承，在减速器中间轴选择7207C型号的角接触球轴承，有D=72mm；在减速器低速轴选择7210C型号的角接触球轴承，有D=90mm。按表14-1有轴承盖外圈最大直径分别为112mm和130mm。轴承盖中心距最大为121mm。而减速器低速级齿轮传动中心距为160mm，故不会发生干涉。设计合格。Ⅴ、减速器的结构与润滑如下图所示为圆锥-圆柱双级减速器的结构示意图：一、箱体箱体采用剖分式，由箱座和箱盖组成，取轴的中心线所在平面为剖分面。箱座和箱盖采用普通螺栓联接，用圆锥销定位。并在轴承座孔处设置加强肋。采用灰铸铁铸造箱体。根据表5-1（减速器铸造箱体的结构尺寸）有：1、箱体壁厚δ=10mm，箱盖壁厚=10mm2、箱座凸缘厚度b=12mm，箱盖凸缘厚度b1=12mm，箱底座凸缘厚度b2=20mm3、箱座、箱盖上的肋厚m=16mm4、轴承旁凸台的高度h=50.44mm，半径R1=20mm5、轴承端盖大径：，，（选用6*M8螺钉固定，L＝30mm）6、地脚螺钉选择M16，轴承旁连接螺栓选择M12（L＝120mm），箱座箱盖的连接螺栓选择M8（L=35mm）；7、视孔盖尺寸180*140，（选用8*M6螺钉固定）8、起吊箱盖选用吊耳环，起吊整机选用吊钩。9、箱体外壁至轴承座端面的距离大齿轮顶圆与箱体内壁的距离齿轮端面与箱体内壁的距离10、箱体外形总长：箱体外形总宽：箱体外形总高：；11、减速器总长：减速器总宽：减速器总高：二、附件所需附件有窥视孔和视孔盖，通气器，轴承端盖，定位销，油面指示装置，油塞，启盖螺钉，起吊装置。除以上以选的附件外，另有：1、由于工作环境稍有灰尘，通气器选择A型M24通气罩；2、油面指示装置选用A型M25压配式圆形游标（A25GB1160.1—1989）；3、放油孔处选择M20的外六角螺塞与封油垫；4、启盖螺钉选择M8，长度为20mm（1个）；5、定位销选择M6（L＝30mm）的圆锥定位销（2个）；三、润滑减速器内部二级齿轮传动的圆周速度平均值有：，且齿面硬度均小于280HBS。按表15-1选择50℃时黏度为82的润滑油，牌号为L-CKC150工业齿轮油（GB/T5903-1995）。采用油池浸油润滑。由大锥齿轮的齿宽b=42mm,取浸油深度为0.7b=29.4mm,达到标准的高度。滚动轴承选择润滑脂润滑。按表15-4选择滚珠轴承脂ZG69-2（SH0386-1992）。在轴承内侧用挡油盘封油，轴承离内壁的距离S=12mm。Ⅵ、设计小结机械设计课程设计是机械设计基础课程的最后一个教学环节，同时是第一次对学生进行全面的机械设计训练。这次训练使我们将以往学过的机械基础理论与生产实践的知识综合运用起来，去分析和解决机械设计问题，使所学知识得到进一步巩固和深化；让我们机械设计的一般过程与方法，培养了正确的设计思想和发现问题、分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和零部件设计的能力；更加熟练地使用AutoCAD等制图软件进行复杂机械图纸的绘制；学会了运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等进行选择和计算，培养了机械设计的基本技能；还锻炼了我们的独立思考能力。针对于我个人的设计，即带式运输机传动装置中的圆锥-圆柱齿轮减速器（外传动件为开式齿轮），在设计过程中也遇到了不少问题。由于是圆锥圆柱齿轮减速器，结构复杂、制造成本高。为减小锥齿轮的尺寸，利于加工，传动比不宜过大。而设计数据中所给出的有效拉力较大，于是选用了型号为Y160M—6的Y系列三相异步电动机。开始时对开式齿轮副的材料选择了20CrMnT